Nanostruktur statt Pigmente: Eine Farbe wie Schmetterlingsflügel
Eine Farbe, die ohne Pigmente auskommt, die leicht, beständig und äusserst sparsam im Gebrauch ist – ein US-Forschungsteam hat eine solche Farbe entwickelt. Zudem ist sie laut ihren Erfindern sehr umweltfreundlich und hilft obendrein beim Energiesparen.
Quelle: Didier Descouens, eigenes Werk, CC BY-SA 4.0
Das Verbreitungsgebiet dieses Morpho-Falters, bzw. des Morpho rhetenor, erstreckt sich über Süd- und Mittelamerika. Seine Flügelspannweite erreicht bis zu 17 Centimeter.
Als Kind träumte Debashis Chanda davon, einen Schmetterling nachzubilden. Die bunte Pracht ihrer Flügel hatte es ihm angetan. Mittlerweile ist dies dem Wissenschaftler vom Nano Science Center der Universität von Central Florida (UCF) nun in gewisser Weise gelungen. Er hat zusammen mit Kollegen eine sogenannte plasmonische Farbe entwickelt.
Die Struktur einer solchen Farbe ähnelt derjenigen mancher Schmetterlingsflügel. Sie beruht nicht auf Pigmenten, sondern auf einer speziellen Nanostruktur, die das Licht so reflektiert, dass die Illusion von Farbe entsteht. Ein Beispiel dafür ist das schillernde Blau des südamerikanischen Morphofalters: Die Struktur auf seinen Flügeln gibt nur das blaue Licht wieder, das übrige schluckt sie. Somit sind die Flügel eigentlich farblos.
Plättchen aus Aluminium
Im Fall der an der UCF entwickelten Farbe besteht die Nanostruktur ebenfalls aus einem farblosen Material, respektive aus winzigsten Plättchen aus Aluminium oder vielmehr Aluminiumoxid. Im Gegensatz zu herkömmlichen Pigmentfarben sind also nicht unterschiedliche synthetisierte Moleküle für die Farben verantwortlich, sondern allein die geometrische Anordnung der Nanostrukturen. Dies wiederum ist auch der Grund, weswegen plasmonische Farben laut UCF umweltfreundlich sind. - Wie andere Farben, braucht aber auch die Hightechfarbe jedoch ein Bindemittel, sie kommt laut Mitteilung handelsüblichen Produkten aus.
Die neuartige Farbe hat aber noch weitere Vorteile, wie in der Medienmitteilung der UCF zu lesen ist. Weil sie das gesamte Infrarotspektrum reflektiert, gibt sie auch weniger Wärme ab. Dies wiederum führt dazu, dass die darunter liegende Oberfläche um 25 bis 30 Grad Celsius kühler bleibt, als wenn sie mit handelsüblicher Farbe gestrichen würde, führt Chanda aus. Er verweist zudem darauf, dass für über 10 Prozent des gesamten Stromverbrauchs der USA Klimaanlangen verantwortlich sind. „Der Temperaturunterschied, der unsere Farbe verspricht, könnte zu erheblichen Energieeinsparungen führen. Der tiefere Stromverbrauch für die Kühlung würde auch die Kohlendioxidemissionen verringern und damit die globale Erwärmung eindämmen.“
Daneben ist die Farbe auch langlebig. Chanda dazu: Gewöhnliche Farbe verblasst, weil das Pigment seine Fähigkeit verliert, Photonen zu absorbieren. Bei der Strukturfarbe passiert dies hingegen nicht, sie dürfte jahrhundertelang halten, wie Chanda erklärt.
Plasmonische Farbe, ein umweltfreundliches Leichtgewicht?
Überdies ist plasmonische Farbe laut dem Team um Chanda auch die leichteste der Welt: Ein deckender Anstrich ist gerade Mal 150 Nanonmeter dünn. Das heisst: Um einer Boeing 747 einen neuen Anstrich zu verpassen, braucht es laut den Wissenschaftlern gerade Mal drei US-Pfund oder umgerechnet 1,36 Kilogramm Farbe. Würde sie mit herkömmlicher Farbe bemalt wären es 1000 Pfund respektive knapp 454 Kilogramm.
Doch bevor es so weit ist, braucht es noch weitere Schritte. Zunächst soll laut Chanda der energiesparende Aspekt weiter erforscht werden. Ausserdem, soll sie in grossem Mass und kommerziell hergestellt werden, braucht es noch andere Abklärungen. „Herkömmliche Pigmentfarben werden in grossen Anlagen hergestellt, die Hunderte von Litern Farbe produzieren können“, so Chanda. Aktuell werde Strukturfarbe im Gegensatz dazu in einem akademischen Labor hergestellt, was teuer sei. „Es sei denn, wir machen einen Scale-up-Prozess.“ (mai/mgt)
